Ольга МОЖЕЙКО, «ГлавАгроном»
Растения семейства Крестоцветные защищают себя от вредителей и патогенов с помощью специального механизма, который агрономы называют горчичной масляной бомбой. При повреждении растительной ткани происходит образование токсичных изотиоцианатов, обеспечивающих эффективную защиту от вредителей и микроорганизмов.
Исследователи из Института химической экологии Макса Планка и Университета Претории на основе проведенных опытов сумели доказать, что данная защита также эффективна против широко распространенного гриба Sclerotinia sclerotiorum. Однако, в ходе исследования выяснилось, что патоген использует как минимум два различных механизма детоксикации, которые позволяют ему успешно распространяться на защищенных изотиоцианатами растениях. Продукты, вырабатывающиеся растениями в результате обменных процессов, не токсичны для гриба, что позволяет ему расти на этих растениях.
Sclerotinia sclerotiorum является разрушительным грибковым патогеном, который может заразить более 400 различных видов сельскохозяйственных растений. Главным симптомом заболевания, называемого склеротинией увядания или белой плесенью, является увядание. Основные симптомы проявления заболевания у растений: белые, похожие на хлопок грибковые споры, которые распространяются на листьях и стеблях растений.
В сельском хозяйстве гриб особенно опасен для выращивания рапса. Заболевание может поражать картофель, бобовые и садовую землянику.
Ученые Института химической экологии им. Макса Планка в Йене уже давно изучают глюкозинолаты и изотиоцианаты, которые составляют особый защитный механизм растений семейства Крестоцветные, к которым относятся рапс, редис и горчица.
«Мы хотели выяснить, насколько хорошо растительные патогены преодолевают вырабатываемую растениями защиту и атакуют их. Нас интересовало, имеют ли распространенные грибковые патогены стратегии адаптации к химическим защитам растений семейства Крестоцветные».
Цзинъюань Чэнь - автор исследования
Исследователи смогли экспериментально продемонстрировать, что защита на основе глюкозинолатов на самом деле эффективна против грибковых атак. Однако они также обнаружили две различные стратегии плесневого гриба для детоксикации защитных веществ: первый - это общий путь детоксикации, который связывает глутатион с изотиоцианатом. Этот вид детоксикации органических ядов довольно распространен у насекомых и даже млекопитающих.
Второй способ оказался более эффективным. Его суть — обезвредить изотиоцианаты (т.е. гидролизировать) путем ферментативного расщепления молекулой воды.
Ученые хотели определить ферменты и соответствующие гены, лежащие в основе этого механизма детоксикации. Гены, которые обеспечивают успешную детоксикацию этих веществ, уже были описаны в бактериях. Они называются Sax-генами после экспериментов с модельным растением Arabidopsis thaliana: выживание в экстрактах арабидопсиса.
«Мы основывали наш поиск на известных бактериальных Sax-белках, чтобы выбрать гены-кандидаты для дальнейших исследований. Затем мы проверили, действительно ли эти гены экспрессируются в больших количествах в грибах, подвергающихся воздействию токсинов, и может ли полученный белок сделать токсины безвредными».
Даниэль Вассао - автор исследования
Используя аналитические методы с высоким разрешением, ученые смогли идентифицировать и количественно определить метаболиты, производимые грибом во время детоксикации. Они также использовали для сравнения мутанты Гриба, в котором был удален ген, кодирующий Sax-белок. Это показало, что Sax-белок белого плесневого гриба активен против ряда изотиоцианатов, что позволяет ему колонизировать различные растения семейства Крестоцветные.
Мутирующие грибы демонстрировали сниженную способность в переносе изотиоцианатов.
В дальнейших экспериментах исследователи хотят определить, могут ли другие родственные и неродственные виды грибов, которые успешно заражают растения семейства Крестоцветные, по тому же принципу детоксицировать изотиоцианаты.
Подготовлено по материалам сайта phys.org.
Узнавайте первыми самые актуальные новости сельского хозяйства России и мира на нашем сайте «ГлавАгроном».
